輸油管道信息系統(tǒng)優(yōu)化與控制管理

劉 潔 趙國芳

河北工業(yè)職業(yè)技術學院

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的特征角度看，輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)以后的發(fā)展必須滿足以下幾個特性：經濟型，小型化，可靠性，高速度，智能性，網絡性。隨著計算機技術、微電子技術的發(fā)展，以微處理器為核心的集成多種功能的SOC系統(tǒng)芯片已成為輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的核心。通過對網口適配輸油管道通信協(xié)議控制的需求分析可知，輸油管道通信協(xié)議控制分為IP協(xié)議棧和網口驅動兩個子模塊。通過對協(xié)議棧的算法優(yōu)化，能提高輸油管道數(shù)據(jù)通信的流量，按照統(tǒng)一協(xié)議的要求進行數(shù)據(jù)通信，提高整體數(shù)據(jù)信息的控制能力。

輸油管道；通信協(xié)議；控制系統(tǒng)；控制模型；優(yōu)化

1 系統(tǒng)特征

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的特征角度看，系統(tǒng)的發(fā)展必須滿足以下幾個特性：經濟型，輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)價格低才會有更多的用戶去購買；小型化，使得人們攜帶更加方便；可靠性，要求輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條件下都能正常的運行；高速度，能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計算或者數(shù)據(jù)傳輸；智能性，使人們使用起來更加方便；網絡性，輸油管道通信協(xié)議控制Internet將世界各個不同地方、不同種類及不同應用的設備互聯(lián)起來，實現(xiàn)信息實時共享。

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的技術角度看，該系統(tǒng)的發(fā)展必須滿足以下幾個技術要求：控制方法要廣泛應用于輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)中，比如組件設計技術，要避免二次開發(fā)，而且能提高輸油管道通信協(xié)議控制質量，縮短產品面市時間，降低成本，減少費用；輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)的工作重點要從硬件設計逐步轉移到控制設計；輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)過程中要與軟硬件協(xié)同設計。

2 系統(tǒng)設計

隨著計算機技術、微電子技術、應用技術的不斷發(fā)展以及納米芯片加工工藝技術的發(fā)展，以微處理器為核心的集成多種功能的SOC系統(tǒng)芯片已成為輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的核心。SOC是將獨立的芯片集成到一個電路系統(tǒng)中，這樣做的目的是：①利用改變內部工作電壓，降低芯片功耗；②減少芯片對外管腳數(shù)，簡化制造過程；③減少外圍驅動接口單元及電路板之間的信號傳遞，可加快微處理器數(shù)據(jù)處理的速度；④內嵌的線路可以避免外部電路板在信號傳遞時所造成的系統(tǒng)失真。

2.1VoIP協(xié)議設計

VoIP（Voice over Internet Protocol）指的是將模擬聲音訊號數(shù)據(jù)化，以數(shù)據(jù)封包的形式在網絡上進行實時傳輸。VoIP最大的優(yōu)勢是能廣泛采用Internet提供的高互聯(lián)性、可擴展性和靈活的業(yè)務組合。具體來說，VoIP通過5步來互傳語音信號：①將發(fā)送端的模擬語音信號數(shù)字化后進行編碼操作，根據(jù)需要可以采用壓縮編碼或無損編碼；②將編碼后的語音信號添加目的端地址及一些控制信息，形成IP數(shù)據(jù)包，這一步主要由協(xié)議棧完成；③傳輸IP封包；④當源端的IP封包到達目的端后，就由目的端的協(xié)議棧進行拆包；⑤將凈荷數(shù)據(jù)轉換成喇叭、耳機設備能夠播放的模擬信號。

2.2 輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)算法優(yōu)化

在對網絡接口適配輸油管道通信協(xié)議控制分析之前，有必要對控制系統(tǒng)總體方案進行必要的分析。該VoIP協(xié)議控制系統(tǒng)用于國內某大型通信設備制造商媒體網關設備上，作為其中轉碼板上的一個輸油管道通信協(xié)議控制子系統(tǒng)。該設備作為一款成熟的3G網絡媒體網關設備，其主要作用是實現(xiàn)UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）語音電話、傳真業(yè)務、電路域數(shù)據(jù)業(yè)務等。

Net work與UMTS之間、3G與2G之間可以語音互通。

3 控制模型優(yōu)化

3.1 功能優(yōu)化

網絡接口適配輸油管道通信協(xié)議控制需要建立輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)中網卡驅動和協(xié)議棧這一模塊。該模塊是輸油管道通信協(xié)議控制架構中基本控制層之一，主要作用是完成網絡數(shù)據(jù)的接收、拆包、封包、發(fā)送，其中網絡數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送由網口驅動完成，數(shù)據(jù)的拆包和封包由協(xié)議棧完成。

3.2 總體流程

數(shù)據(jù)發(fā)送流程是先從指定DDR地址中取出數(shù)據(jù)，協(xié)議棧不必關心DDR中存放的數(shù)據(jù)是什么，由Udp_model操作對數(shù)據(jù)封包成UDP段，然后再由Ip_model對數(shù)據(jù)封包成IP數(shù)據(jù)包，最后傳給Nic_drivers，將IP數(shù)據(jù)報封成以太網幀并傳入到網絡中，其中Nic_drivers是由網口驅動實現(xiàn)的。而數(shù)據(jù)接收的流程是先檢查網絡傳入的數(shù)據(jù)是否有效，如果無效再獲取下一幀數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)有效，則經過Nic_drivers接收以太網幀并拆除以太網幀的幀頭，將IP數(shù)據(jù)包傳給Ip_model。Ip_model把IP數(shù)據(jù)包拆封成 UDP段傳給 Udp_model，最后Udp_model將UDP段拆封并將其放入指定的DDR地址中。

通過上面對網絡適配輸油管道通信協(xié)議控制的需求分析以及輸油管道通信協(xié)議控制的總體流程可以看出，輸油管道通信協(xié)議控制需要設計出一個精簡且高效的協(xié)議棧，另外還需要實現(xiàn)一個底層網口驅動程序。對于網口核芯的選擇，從價格、性能等方面考慮使用DAVICOM公司的DM9000核芯。

3.3TCP/IP協(xié)議棧

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)過于復雜，而且占用了大量的系統(tǒng)資源。因此，需要把傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧在不違背協(xié)議標準的前提下加以改進，使得系統(tǒng)的實時性得到提高，占用盡可能少的資源來滿足輸油管道通信協(xié)議控制應用的需求。

4 總結

該輸油管道通信協(xié)議控制分為IP協(xié)議棧和網口驅動兩個子模塊，IP協(xié)議棧的主要功能是對數(shù)據(jù)包的封包和拆包；網口驅動的主要功能是完成對以太網幀的接收，然后拆除以太網幀的幀頭，將IP數(shù)據(jù)包提交給IP協(xié)議棧處理。通過對協(xié)議棧的算法進行優(yōu)化，能提高輸油管道數(shù)據(jù)通信的流量，按照統(tǒng)一協(xié)議的要求進行數(shù)據(jù)通信，提高整體數(shù)據(jù)信息的控制能力。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.022